平面静定结构研究性教学的探索

阳令明　肖穗花



平面静定结构研究性教学的探索

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（1.湖南科技学院 土木与环境工程学院，湖南 永州 425199；2.洞口县东边中学，湖南 邵阳 422000）

研究性教学是一种理念或教学模式，通过结构力学课程中平面静定结构研究性课堂教学与实践教学的探讨，阐述了如何在教学过程加强大学生的分析能力、创新能力和研究能力的培养，实践表明，研究性学习调动了学生的积极性，可为地方高校培养应用型人才提供参考。

平面静定结构；研究性教学；应用型

“科学教育不仅是要让学生学习大量的知识，更重要的是学习科学研究的过程或方法。”研究性教学的旨趣在于“教”和“学”的全过程都贯穿着研究性的特征，在其研究、探讨的过程中调动学生自主学习的积极性，激发学生的求知欲和创造性，培养学生分析问题、解决问题、科研探索等方面的能力。[1-3]

1　研究性课堂教学

1.1问题式或任务驱动教学法

平面静定结构在结构力学教学中课程内容较多，也是历年考研的重点之一。静定梁、静定刚架、三铰拱、静定桁架等教学内容在理论力学、材料力学教学中都有涉及，其基本解题步骤大体可分为求支座反力、求控制截面内力、绘制内力图、校核内力图，因此，支座反力的求解是首先要解决的。理论力学、材料力学涉及支座反力的未知力个数均为3个，学生在开始本章内容学习时，老师可以布置一个支座反力未知力个数为5个的静定刚架或多跨静定梁的作业，要求学生在本章内容完成时上台求解，这样学生学习目的明确，有动力，也会更加容易掌握本章内容。

1.2启发式教学法

平面静定结构支座反力的求解通常采用截取隔离体，列平衡方程求解，从课堂情况看，基本上所有学生都能列出3个平衡方程，但是能列出独立的3个平衡方程的不多，因此举例如图1所示的支座反力为3个未知力的简支梁，列出任意平衡方程求解3个未知力，发现只有3个平衡方程相互独立时才能求解出全部未

知力。从而推导出在求解未知力个数为3个的支座反力时，如果列出2个力矩方程，要求力矩点的连线与力的投影轴不能垂直。同理，列出3个力矩方程时，则要求3个力矩点不能共线。最后根据文献资料[4]，推导出平面一般力系独立性平衡方程的求解要求，让学生知其然也知其所以然。

图1.简支梁及平衡方程

通过以上3个未知力的支座反力讲解，探讨如图2所示的多个支座未知力的求解。图2的特点是整体未知力个数都是3个以上，如取隔离体，每个隔离体的未知力也是3个以上，很显然至少需要3个以上平衡方程才能求解，且该方程组需相互独立。通过分析，我们可以先列出3个整体平衡方程，再取隔离体，列出其他平衡方程，只要满足各平衡方程相互独立，线性无关，便可以求解。

图2.平面静定拱与平面静定刚架

图3.平面静定多跨梁

对于图3所示结构，支座反力未知力的个数为6个，取隔离体分析，AB、BCD、DEF的未知力个数均是5个，FG的未知力个数是3个，因此可先求解FG，再DEF、BCD，最后AB结构。通过以上分析，再从结构的几何组成特点，从而引出多跨静定结构的基本部分与附属部分的概念及荷载传递特点，推导出多跨静定梁、多跨静定刚架、多跨静定拱结构求解的基本方法，即先附属结构后基本部分的求解思路。

通过土木14级学生的课堂反应，以及课堂、课后作业检查的情况，研究性课堂教学确实能提高学生的学习积极性，提高学生掌握知识内容的能力。

2 研究性实践教学

研究性实践教学主要从实践的角度提出问题，目的是增强实践教学的研究性，比如开设设计性、综合性、创新性、研究性等实验项目，替换传统的验证性实验，通过师生互动、双向交流的形式，鼓励学生质疑批判和发表独立见解，从而加深学生对基本理论和相关概念的理解，培养学生分析问题、科研探索的能力。研究性实践教学以学生为主，教师的任务是释疑解难、合理引导，学生则根据给定的实验目的和实验条件，设计实验方案，选择实验器材，制定实验操作程序，制作结构模型，采集试验数据，对实验结果与报告开展分析讨论，评价实验所取得的成效，找出不足和改进意见。

桁架结构在建筑结构中应用相当广泛，如厂房、屋架、体育馆、起重机塔架、水闸闸门、钢桁桥及电视塔等结构，在学习完静定平面桁架结构内容后，可以给定一个设计性实验，结构形式为空间桁架，学生可以选择平行弦桁架、抛物线桁架、三角形桁架、梯形桁架等形式，也可以选择复杂桁架，为节约成本，材料可以采用竹片，荷载为结点竖向荷载（），要求在规定荷载作用下，所设计的结构重量最轻。通过这个实验，学生不仅掌握了空间结构的平面简化，也通过静定平面桁架的计算及结构自重的控制，找到一个内力分布均匀、用材经济的结构形式。

3 结　语

研究性教学改革的核心是教师的角色问题，研究性教学的开放性、主体性、综合性和实践性的特点，使得教师的角色从“传道、授业、解惑者”的传统模式向“设计师、引路人、推进者”转化，研究性教学也并不一定只能在综合性大学校开展，因为研究性教学的目的是培养学生的自学能力、创新能力和研究能力，在地方高校应用型人才培养的过程中，研究性教学无疑为之提供了一种有效方法。

[1]刘赞英,王岚,朱静然,张瑜,张艳红.国外大学研究性教学经验及其启示[J].河北科技大学学报(社会科学版),2007,(1):68-75.

[2]屈波,程哲,马忠.基于自主性学习和研究性教学的本科教学模式的研究与实践[J].中国高教研究,2011,(4):85-87.

[3]贾影,于桂兰,徐艳秋.结构力学研究性教学初探[J].高等建筑教育,2011,(3):116~118.

[4]李珠,梁成.空间力系三、四、五、六力矩平衡方程最简形式与矩阵判据[J].太原工业大学学报,1993,(3):95-100.

（责任编校：何俊华）

2016－03－20

阳令明（1984－）男，湖南邵阳人，工程师，硕士，研究方向为力学教学。

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1673-2219（2016）05-0076-02